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Procédé pour la constitution d'un joint d'étanchéité mobile, en continu et appareillage permettant sa mise en oeuvre -
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Que. ce soit dans les. industries chimiques, textiles' ou, autres,, il existe de nombreux traitements de
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matière qui se font dans des enceintes avoue vide gil soue DeZe le majorité des cas;
ces treitementa se font 'une façon discontinuer ole,%t-è4-ÇIrQ que chaque tintement se en 5 phases
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1) chsement 2) ici se en régime
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3) br<tonenb proprement dit 4) retour aux conditions! normales 5) extraction.
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M'int6ret gu'ii y aurait a. entrer la matière en cantâ.u, sans, extuxbex les conditions de traitement et 4 la, sortir' àe àéno, n*est pius à démontrer. Il permettrait un emploi à plein temps de la chambre de traitement, un rendement
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x.aaru.,, une; économie- énergétique- et une réduction dimensionnelle de la chambre de traitement dans laquelle il ne serait plus
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ncesasire' do stocker énormément de marchandises.
Il existe actuellement de nombreux procédés faisant appel à la déformation de matières élastiques pour assurer le! passage continu de matière entre deux enceintes
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axe régnent des pressions différentes. Cependant, il exiete une différence fondamentale entre les principes mis en oeuvre dans ces procédés,, et le principe du procédé selon l'invention.
En effet, ces procédés font travailler la matière
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élastique, chargée d'assurer l'étanchéité, uniquement à la pression. Toute autre contrainte est défavorable à l'étanoliditée Le principe mi@ en oeuvre consiste à écraser la matière élastique juaqu'à ce que son épaisseur soit diminuée d'une valeur identique à. celle de la matière à passer. Il s'en suit que des taux de compression énormes sont à développer et que ces taux varient
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très rapidement avec l'épaisseur de la matière.
D'autre part, outre le manque d'affinité des matières élastiques à travailler à la compression, il est à souligner que ; ' 1 / l'effort local demandé aux joints élastiques va tendre à localiser la déformation permanente, qui systéma- tiquement, va prendre naissance à la zone de passage de la matière, et entraîner des fuites à plus ou moins brève échéance et tin taux de compression de plus en plus élevé sur les parties non actives du joint.
2 / un tel joint manque de souplesse et de continuité dans l'étanchéité. En effet, le taux de compression est fonction de l'épaisseur de la matière et une surépaisseur acci- dentelle de cette matière supérieure à une valeur critique entraînera, pour le moins, un blocage complet du joint.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients.
A cet effet, elle concerne un procédé pour la constitution d'un joint d'étanchéité mobile, en continu, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire la matière à traiter dans une enceint indifféremment sous vide ou sous pression, par le moyen d'une élastique bande ou tapis dans fin, qui se déplace devant une ouverture pratiquée dans cette enceinte en assurant parfaitement son étanchéité, vis-à-vis du milieu initial où. est stockée la matière, par déformation élastique, sous l'effet de la différence! de pression relative, déformation donnant naissance à des ten- sions d'crientations différentes, sur les deux côtés du bord de l'ouverture et génératrice de la pression d'étanchéité.
Ainsi, l'invention fait appel aux déformations élastiques de la matière dans le sens qui tend à faire naître des contraintes de traction, d'où la souplesse et la continuité dans son utilisation. Ces contraintes engendrent sur des
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surfaces curvilignes convexes, des pressions assurant l'étan- chéité. D'autre part, les déformations dues aux surépaisseurs de matière n'ont qu'une influence négligeable sur les contraintes de traction, ce qui entratne une continuité de pression et d'étanchéité. (Il est à remarquer qu'une surépaisseur acciden- telle de la matière peut tout au plus créer une fuite momentanée qui disparaîtra avec la cause).
Ce procédé permet donc une adaptation automatique du joint aux conditions de traitement.
En effet, il est possible de démonter mathématiquement que les deux paramètres d'étanchéité ; surface d'étanchéité (proportionnelle à l'arc d'enroulement de la membrane élastique sur le bord de la paroi, pression d'étanchéité, croissent automatiquement avec la dépression à contrôler. Ce phénomène présente l'avantage d'effectuer un réglage définitif, sans pour autant faire fonctionner le joint dans des condi- tions disproportionnées avec son utilisation.
Le cas extrême d'une dépression nulle se passe de calcul, car il est évident qu'on ne trouvera aucune résistance mécanique au passage de la membrane devant l'ouverture puisque, dans ce cas, la membrane n'est pas déformée.
En vue de protéger la matière de tout frottement contre la lèvre de l'orifice d'entrée ou de sortie, au moins un tapis protecteur est prévu,' entrant dans l'enceinte de traite- ment et en sortant par les mêmes orifices que la matière qui, de ce fait, au moment où elle franchit l'un desdits orifices, se trouve placée entre le tapis protecteur et celui en matière élastique assurant l'étanchéité.
La présence d'un tapis protecteur, de largeur
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nécessairement inférieure à celle du tapis élastique, puisqu'il doit pénétrer dans l'anceinte de traitement, peut donner naissance à des fuites. En effet, l'épaisseur de ce tapis entraîne la formation, sur chacun de ces cotés, d'un canal permettant des fuites. En outre, la porosité de la matière peut aussi engendrer des fuites. En augmentant la longueur de ce canal, et par suite, les pertes de charges qu'il crée, il est possible de diminuer les fuites, voite même de les supprimer.
C'est pourquoi des chambres auxiliaires de perte de charge sont prévues pour augmenter la longueur des canaux de fuites et, par conséquent, les pertes de charges qu'ils engendrent.
De toute façon, l'invention sera bien comprise, à l'aide de la description qui suit, en référence aux dessins schématiques annexés représentant, à titre d'exemples non limitatifs, quelques formes de mise en oeuvre de ce procédé, dans le cas de machines pour le traitement en continu de matières quelconques : - Fig.l illustre le principe sur lequel est fondé le procédé selon l'invention - Fig.2 et 3 montrent une mise en oeuvre facile du procédé selon l'invention ; - Fig.4 et 5 montrent des appareillages pour le traitement de matières continues, solides et non poreuses, respectivement dans une enceinte sous vide et dans une enceinte sous pression ; - Fig.6 montre un appareillage pour le traitement de matières continues fragiles et éventuellement poreuses dans une enceinte sous vide ;
- Fig.7 et 8 sont, à échelle agrandie, des vues en
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coupe suivant respectivement 7-7 de fig.6 et 8-8 de fig.7 ; - Fig.9 montre un appareillage pour le traitement de matières continues fragiles et éventuellement poreuses, , dans une enceinte sous pression ; - Fig.10 montre une autre forme d'exécution de ce joint d'étanchéité dans un appareillage de traitement de matières vu en coupe médiane ; - Fig.11 est une vue en coupe suivant 11-11 de fig.10 ; - Fig.12 est une demi-vue de coté de l'appareillage de fig.10; - Fig.13 et 14 illustrent encore une autre forme d'exécution @s ce joint d'étanchéité ;
Fig.15 montre un appareillage mettant en oeuvre le joint des figures 13 et 14 ;
Le principe de base de l'invention peut être imagé par une ventouse et peut se prêter à des essais simples avec cette même ventouse .
La figure 1 représente deux enceintes 2 et 3, sépa- . rées par une membrane élastique.! dans chacune desquelles règne une pression P. Si l'enceinte 2 est mise en dépression, par rapport à l'enceinte 3, à la suite d'un vide partiel} .
(P-dP) dans l'Enceinte 2 ou d'une mise en pression (P+dP) dans l'enceinte 1. on constate :
1 / une déformation de la membrane A sous l'effet des forces de pression, ces forces ayant, pour résultante générale, une force F, égale à S.dP, (S étant la surface de séparation des enceintes 2 et 3),
2 / un développement des contraintes de tension T et
T' de la membrane sous l'effet de l'allongement dû à la
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déformation (T # TI),
3 / un contact intime, assurant l'étanchéité, entre la membrane et le bord supérieur de la paroi µ de l'enceinte 2, sous l'effet des tensions T et T", d'orientations diffé- rentes.
La pression de contact ainsi développée sur la paroi 5 et qui, dans ce cas, peut être appelée la pression d'étanché- ité, est de la forme :
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avec T = tension au point considéré de la membrane et r = rayon de courbure au point considéré de la membrane .
D'autre part, l'expérience le démontre, un déplace- ment de la membrane dans le plan de l'ouverture de l'enceinte 2 ne détruit pas l'étanchéité. L'équilibre dynamique instan- tané est identique à l'équilibre statique, aux valeurs de tension près.
Les figures 2 et 3 montrent une mise en oeuvre facile d'expérimentation. L'ouverture de communication entre les enceintes 2 et 2 est réalisée à l'aide d'un tube.6. Elle présente la forme d'une boucle fermée évitant tout point angu- leux qui entraînerait une déformation brusque de la matière et le développement de pressions importantes. En effet, si le rayon r de la membrane 4 tendait vers 0, la pression d'étan-
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Si l'on introduit de la matière 7 (fig.3), entre le tube 6 et la membrane 4, en ayant pris soin de réduire au maximum le coefficient de frottement sur le tube 6, la membrane 4 entraine à sa suite la matière 7. L'étanchéité est assurée sur toute la partie de la paroi 1 ou la membrane a une trajec- toire curviligne.
Le principe de cette étanchéité est toujours basé sur la pression précédemment décrite, qui tend à assurer
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le contact entre la membrane 4 et le bord 6 de la paroi 2- Cette pression déforme la membrane 4 pour lui faire épouser la forme de la matière 7, en créant des tensions supplémentaires dues à l'allongement qui en résulte.
Dans le but d'éviter une trop grande déforma- tion de la membrane 4 sur le bard 6 et par conséquent pour réduire les frottements, il est possible de disposer des rouleaux libres 6a et 6b parallèlement aux parties reotilignes du bord 6 de la paroi 5 à l'intérieur de l'enceinte 2.
Les figures 4 et 5 montrent un appareillage permettant la mise en oeuvre de ce procédé pour le traitement d'une matière non poreuse, présentant un caractère de continuité tel que du tissu, fil',ou autre, et pouvant supporter des frotte- ments. Dans l'exemple de la figure 4, la matière 8 est traitée dans une enceinte sous vide . Cette enceinte est pourvue d'un orifice 11, dont la lèvre continue est constituée par un tube 12. Un tapis sans fin 13, en matière élastique, porté par deux rouleaux, fou 14 et moteur 15, défile tangentiellement à l'ori- fice 11, c'est-à-dire au contact de l'une des génératrices du tube 12.
La mise en dépression de l'enceinte provoque une déformation du tapis 13 au droit de l'orifice 11, le tapis 13 jouant alors le rôle de la membrane élastique ± des figures 1 à 3.
Le brin supérieur du tapis 13 se déplaçant dans le sens de la flèche 16, il suffit d'introduire la matière 8 à traiter en amont de l'orifice 11, et de la tirer à sa sortie dans le sens de la flèche 17, tandis qu'elle suit un parcours déterminé et nécessité par le traitement qu'elle subit à l'inté- rieur de l'enceinte .
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Catnme on le voit, ce traitement peut être réalisé en continu, l'étanchéité entre l'intérieur de l'enceinte 9 et l'atmosphère extérieure étant assurée par la pression d'application du tapis 13 contre le bord 12 de l'orifice 11.
Dans le cas de la figure 5, le traitement de la matière 8 est effectué à l'intérieur d'une enceinte sous pression 18. La déformation de la membrane élastique se faisant alors en sens inverse, il est nécessaire de placer le tapis transporteur 19 à l'intérieur de l'enceinte 18, et d'orienter la lèvre 21 de l'orifice 22 de l'enceinte 18 à l'intérieur de celle- ci .
Le fonctionnement de cet appareillage est en tous points comparable à celui illustré sur la figure 4.
Dans les deux exemples précédemment décrits, la matière 8 pénètre et sort par le même joint, c'est-à- dire par le même orifice 11. Il peut évidemment se trouver des cas où la conception de la machine de traitement ne permet pas l'extraction de la matière au point où elle est entrée. Dans ce cas, il est nécessaire de prévoir deux joints, c'est-à-dire deux orifices et deux tapis sans fin, l'un assurant l'entrée et l'autre la sortie.
Dans ces deux exemples, la matière subit inévitablement un frottement aux moments où elle entre dans l'enceinte de traitement et où. elle en sort. Certaines matières risquent de ne pas pouvoir supporter de tels frot- tements sans aération. En outre, lorsque la matière présente une certaine épaisseur, et lorsque de plus, elle est poreuse, son passage entre le bord de l'orifice et la membrane d'étanchéité risque de provoquer des fuites.
Les figures 6 à 9 montrent des appareillages permettant d'obvier à ces inconvénients grâce à l'adaptation
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de tapis protecteurs et de chambres d'étanchéité auxiliaires.
Elles représentent un appareillage permettant le traitement d'une matière fragile n'admettant qu'une faible contrainte à la traction, présentant une porosité importante aux pres- sions d'étanchéité admissibles, et présentant enfin un caractère de continuité comme du tissu ,fil ou autre.
Les figures 6,7 et 8 montrent un appareillage pour le traitement sous vide d'une matière 23, dont les carac- téristiques sont conformes à celles énoncées ci-dessus.
L'enceinte sous vide 24 comporte deux orifices 25 et 26, bordés chacun d'une lèvre cylindrique continue respectivement 27, et 28. Les membranes d'étanchéité de ces orifices sont constituées ar un tapis sans fin 29 en matière élastique qui ferme l'orifice 25 et un tapis sans fin 31, identique au tapis 29, et qui ferme l'orifice 26. Les tapis 29 et 31 ont une largeur supérieure à celle des orifices 25 et 26. Ces tapis sont entraînés par des rouleaux moteurs 2 et 33, d'axe fixe, les rouleaux de détour 34 et 35 fixes et libres en rotation étant réglés d'une façon définitive au montage.
Les rouleaux 36 et 37 également libres en rotation, ont leurs paliers libres dans des glissières,. et soumis à une force constance et réglable dirigée suivant la flèche respectivement 38 et 39. Ils ont pour but de maintenir une tension constante sur les brins mous des tapis 29 et 31.
Le tapis 29, entre le rouleau 32 et l'orifice 25 de l'en- ceinte 24, et le tapis 31 entre le rouleau 35 et l'orifice 26, sont plaqués contre un cylindre central 41, entraîné en rotation dans le sens de la flèche ,4.2. Contre ce cylindre 41 défile un troisième tapis sans fin 43 pouvant ne pas être en matière élastique et dit tapis protecteur, de largeur inférieure à celle des orifices 25 et 26 et qui pénètre dans
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l'enceinte 24 par l'orifice 26 et en sort par l'orifice 25.
A l'intérieur de l'enceinte 24, le tapis 43 est guidé par des rouleaux 44 et qui, en outre, jouent le rôle de tendeurs. En amont de l'orifice d'entrée 26 de l'enceinte 24, comme le montre plus spécialement la figure 7, sont disposés deux galets 46 qui pincent les bords des tapis 31 et 43 l'un contre l'autre, entre le cylindre 41 et la lèvre 28 de l'orifice 26, en vue d'assurer la continuité de l'étanchéité latérale.
L'écartement des deux galets 46 est évidemment inférieur à la largeur du tapis 43, mais supérieur à la largeur de la bande de matière 23, en vue de ne pas risquer de lui faire subir des contraintes d'écra- sement inadmissibles. ,
En aval de la sortie 25 de l'enceinte 24, sont disposés deux galets 47 identiques aux galets 46, de même écartement qu'eux et assurant la même fonction vis- à-vis des tapis 29 et 43, aux mêmes fins d'étanchéité.
La perte de charge auxiliaire, c'est-à-dire celle qui s'oppose aux fuites, est donc assurée, à l'entrée, sur l'arc a b. le long duquel la matière 23. est pincée entre les tapis 31 et 43 et, à la sortie, sur l'arc a' b' ,le long duquel la matière est pincée entre les tapis 29 et 43.
Sur ces deux arcs, la matière est soumise à la pression réglable :
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où T = tension/cm du brin mou des tapis 29 et 31, et R = rayon du cylindre 41.
Cette pression comprime la matière 23 entre le tapis et les tapis 29 et 31. Ces derniers se déforment pour épouser les formes de la matière en diminuant au maximum les fuites.
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la
A l'intérieur de l'enceinte 24,/matière est entraînée sur des rouleaux de détour dont les rouleaux 48 et 49, qui peuvent être remplacés par des couples de rouleaux d'appel.
Le fonctionnement de cet appareillage est le suivant la matière est appelée en a entre les tapis 31 et 43. Elle est entraînée jusqu'à l'orifice 26, en étant soumise qu'à la seule contrainte de pression qui assure l'étanchéité entre a et l'orifice 26. Comme le montre la.figure 8, elle est introduite par l'orifice 26 dans l'enceinte 24, sans avoir subi aucun frottement puisque les vitesses linéaires des tapis 31 et ± 'sont égales. hors de son introduction dans l'enceinte 24, elle n'est toujours soumise qu'à la seule contrainte de pression développée par les tensions T et T' d'orientations différentes précédemment décrites et illustrées sur la fig.l.
Dans l'exemple illustré sur les figures 6, 7 et 8, le traitement de la matière était effectué dans une en- ceinte sous vide. La figure 9 montre qu'un appareillage analogue peut être conçu pour effectuer un traitement de matière 51 à 1'intérieur d'une enceinte sous pression 52.
Dans ce cas, les lèvres 53 et 54 des orifices 55 et 56 de la chambre 52 sont dirigées vers l'intérieur de celle-ci, et les tapis sans fin 57 et 58 assurant l'étanchéité au droit de ces orifices sont disposés à l'intérieur de l'enceinte précédent 52. Comme dans le cas . ;., les rouleaux moteurs 59 et 61 sont à axe fixe, de même que les rouleaux de détour 62 et 63 ; les rouleaux tendeurs 64 et 65 ont leurs paliers portés librement dans des glissières et soumis à des forces constan- tes et réglables dirigées suivant les flèches respectivement 66 et 67.
Le @ylindre central 68 entraîné en rotation dans
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le sens de la flèche 69 est également à l'intérieur de l'enceinte 52, tandis que les rouleaux de guidage et de tension 71 et 72 du tapis protecteur 73 sont à l'extérieur de l'enceinte.
Le fonctionnement de cet appareillage,est analogue à celui des figures 6 à 8, la matière étant in- troduite par l'orifice 55 entre les tapis 57 et l/z et en étant extraite par l'orifice 56 entre les tapis et 73.
La chambre auxiliaire d'entrée s'étend comme dans le cas précédent, le long de l'arc a b, tandis que celle de sortie s'étend le long de l'arc a' b'. Deux paires de galets 74a et 74b assurent, comme dans le cas du traitement sous vide, l'étanchéité latérale des chambres auxiliaires a b et a' b' en pinçant les bords des tapis 57 et 73 d'une part, et 58 et 73 d'autre part.
Dans la description de la mise en oeuvre facile de l'invention, conformément aux figures 2 et 3, il a été indiqué que l'adaptation de rouleaux libres 6a et 6b, parallèlement aux parties rectilignes du bord 6 de la paroi 5, permettait de diminuer la déformation de la membrane souple et de réduira les frottements.
Les figures 10 à 12 montrent une mise en oeuvre de l'invention. Les orifices théoriques d'entrée et de sortie de l'enceinte 76 sont délimités par deux cadres parallèles 77 et 78 dans les plans desquels sont disposés des rouleaux 75, comme l'indiquent les figures 10 et 12.
Un grand intervalle est prévu entre les premiers et les deuxièmes rouleaux 75, de façon à ménager les deux orifices effectifs de sortie 79 et d'entrée '.'81.
Sur deux rouleaux 82 moteur et 83 libre et sur
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les rouleaux 75 situés au-dessous des orifices 79 et 81 est entraîné un tapis protecteur 84 en matière non élastique.
Contre chacune des rangées de rouleaux 12 défile un tapis en matière élastique, respectivement 85 et 86. Le tapis 85 est porté par des rouleaux moteur et libre 88 et se déplace dans le sens de la flèche 89. Le tapis 86 est porté par des rouleaux moteur 90 et libre 91, et se déplaoe dans le sens de la flèche 92.
La matière 94 est introduite dans le sens de la flèche 95a entre les rouleaux 91 et et les tapis 84 et 86. Elle pénètre dans l'enceinte 76 et en sort par l'orifice Elle est entraînée entre les tapis 84 et 85 jusqu'aux rouleaux 82 et 87 où elle est libérée suivant la flèche 95h.
Les canaux formés par les tapis 86 et 25 et le tapis 84 entre a et b d'une part, et a' et b' d'autre part, sont parfaitement étanches vis à vis du milieu sous dépression. Cette propriété entraîne que les canaux de fuite ou chambres auxiliaires de perte de charge ont une longueur égale à ab ou a' b'.
Le principe de l'étanchéité du canal formé par les deux tapis 84 et est illustré par la figure 11.
Elle est basée sur la non déformation du tapis protecteur 84 et la déformation élastique des tapis 85 et 86, qui assurent une étanchéité totale aux points x et y où les tapis élastiques se déforment librement.
Les figures 13 à 15 illustrent encore une autre forme d'exécution du joint selon l'invention. Cette réalisa- tion permet de créer une chambre auxiliaire d'étanchéité et de soustraire la matière à tout frottement sans qu'il y ait
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besoin de la présence d'un tapis protecteur.
Pour celà, on réalise deux demi-joints 96a et 96b de profil en U dont les branches se rejoignent en biseau, Sur chacun de ces demijoints, l'étanchéité est assu- rée par un tapis en matière élastique, respeotivement 97 et 98. En amont du joint, ces deux tapis sont pressés l'un et l'autre contes un cylindre 99 et les prolongements en biseaux des demi-joints ±La et 96b les écartent l'un de l'autre de telle sorte qu'ils passent de part et d'autre de l'orifice d'entrée 101 de la chambre de traitement 102.
Sur les parties B, B', C et C' du joint ,l'étanchéité est assurée de la même façon que dans les exemples qui précèdent.
Sur les parties terminales, de chaque coté du joint en DE. D' E', est créée une surépaisseur déformant les tapis 97 et 98. Une gorge 103 ménagée dans le cylindre 99, à chacune de ses extrémités permet la libre déformation du tapis 98. Ceci est montré clairement par la figure 14 qui est une vue en coupe suivant 14-14 de figure 13.
Le fait de créer une déformation élastique sur une surface convexe entraîne la création d'une pression d'étanchéité entre cette surface et l'élément déformé.
La seule possibilité de fuite peut provenir des angles i et m si le profil du prolongement en biseau du joint est mal déterminé ; mais le fait que l'étanchéité soit assurée d'une façon parfaite et certaine aux points Il k, 1 et l' donne un canal de fuite D E E' D'. La longueur de ce canal n'étant pas négligeable, la fuite sera peu impor- , tante.
La figure 15 montre un appareillage utilisant le type de joint des figures 13 et 14
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La matière à traiter 104 est introduite par l'orifice 101 dans l'enceinte 102.
Sur cette figure, les éléments identiques à ceux des figures 13 et 14 ont les mêmes références .
Le tapis 97 est porté par des rouleaux 105, 106, 107 et 108 et le tapis 98 par des rouleaux 109, 111, 112 et 113.
On peut prévoir, par mesure de précaution, des galets presseurs 114 (fig.14 et 15) forçant la déformation du. tapis 97 ce qui a pour effet de couper chacun des deux canaux de fuite D E et D' E au point considéré .
La ma bière 104 sera extraite de l'enceinte 102 par l'orifice 115 à l'aide d'un joint identique à celui de l'orifice d'entrée'101, mais fonctionnant en sens inverse.
Comme il va de soi, ce procédé peut aussi être appliqué à des matières non continues, telles que poudre, bourre de laine ou autre.
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